CN107078931B - 发送方将帧串行传输到接收方的方法以及总线系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种通过总线线路(3)从发送方将帧(6000；6001；6002)串行传输到至少一个接收方的方法以及一种用于总线系统(1)的参与方站(10；20；30)。在所述方法中，发送方为了产生附加的信号边沿并且根据之前多个位的值将填充位(52)插入到帧(6000；6001；6002)之中，其中帧(6000；6001；6002)的发送方计数根据之前多个位的值插入的填充位(52)，并且其中在所发送的帧(6000；6001；6002)中一并传输关于计数的填充位(52)的数量的信息。

Description

发送方将帧串行传输到接收方的方法以及总线系统
背景技术
例如可以将CAN总线系统用于运输工具、尤其是汽车中传感器与控制设备之间的通信。在CAN总线系统中，利用CAN和/或者CAN FD协议传输帧，如在IS011898-1的当前的委员会草案或者在作为具有CAN FD的CAN协议规范的规范“CAN with Flexible Data-Rate，规范版本1.0(2012年4月17日发布)”中所描述的那样。
CAN FD帧(Frames)或者消息在开始的具有显性电平的帧起始位 (SOF-Bit)之后具有用于CAN FD帧的标识符的位28至位18并且必要时还有位17至位0，该显性电平用信号通知帧的开始。因此也将位28至位0称作ID28、ID27等等。
在CAN FD消息或者帧的CRC方法(CRC＝Cyclic Redundancy Check＝循环冗余校验)中检测到弱点。所述弱点仅涉及具有以四个显性位开始的标识符的CAN FD帧。这四个显性位与显性的帧起始位一起生成填充条件(stuff condition)，基于该填充条件在第四和第五标识符位之间插入一个隐性填充位。通过这种预先确定的填充位插入规则可以防止将具有五个以上相同位的位序列错误解释为例如帧结束“End of Frame”的信号通知，或者防止总线参与方由于缺少信号边沿或位之间的电平变化而丢失同步。因为在CAN和CAN FD中均将信号边沿或电平变化考虑用来同步总线参与方。
如果在上述四个显性位的情况下(局部在接收方中)使用一个隐性位覆盖前面的显性的帧起始位，该接收方就将第一显性标识符位解释为帧起始位。在接收方中没有填充条件，如果接收方收到隐性填充位，就接受隐性填充位作为第四标识符位。下一位被接受为第五标识符位，并且接收方重新与发送方同相。
弱点在于这种情况下CRC校验无法检测已改变的第四标识符位；所发送的标识符(例如0x001)作为0x081接收。如果标识符以四个显性的“0”位开始，并且显性的帧起始位被覆盖，就出现这种情况。由此产生的后果将是收到以“1”替代“0”的第四标识符位。这里不仅涉及11位标识符，如在基本格式(base format)中的CAN FD帧中那样，而且涉及29位标识符，如在扩展格式 (extended format)中的CAN FD帧中那样，并且不仅涉及具有17位CRC的CAN FD帧，而且涉及具有21位CRC的CAN FD帧。
CRC方法的弱点是通过CRC生成器的初始化向量“00000000000000000”引起。第一引导位“0”不改变CRC生成器寄存器，使得如果在仲裁字段中在第一隐性位(所发送的填充位，其被有位错的接收方视作第四标识符位)前面少一个位，就无法通过CRC校验检测该引导位。此外，帧开始处缺少的位不作为格式错误来检测，因为接受填充位作为缺少的标识符位。
概括来说这意味着：
在传统的CAN中不考虑将填充位用来CRC生成。只有位错生成条件/排除填充条件对可以将汉明距离(Hamming Distance(HD))减到2。
在具有较长的CRC校验和(CRC-17和CRC-21)的CAN FD中，CRC 生成包括填充位。如果帧起始位被接收方篡改，则可能出现问题。
在以下两种情况下可能发生的是，CAN FD帧的CRC检测不到被篡改的标识符。这意味着接收方将接受被篡改的帧作为有效的帧。
情况1a：发送方发送ID28-ID25＝“0000”
如果接收方检测到缩短的帧起始位，则以ID28-ID25＝“0000”开始的标识符可能被篡改为ID28-ID25＝“0001”。其原因在于，接收方没有或者过晚识别帧起始，并且因此将ID28解释为帧起始。由于发送方在ID25后面插入的填充位而将前四个标识符篡改为ID28-ID25＝“0001”，所有后续的标识符位均被正确接收。发送方从总线回读帧起始的时候识别不了错误。
所需的缩短取决于发送方和接收方之间的CAN时钟频率关系。详细对比这些示例。
只要显性干扰脉冲不被进行接收的CAN节点检测到，则被篡改的总线信号可以包含所述显性干扰脉冲。只要通过进行接收的CAN节点对发送方所发送的帧起始位前面的位进行显性采样，则被篡改的总线信号可以包含隐性干扰脉冲。稍后，这还根据图7和图8来详细解释。
如果例如参与方站或者节点中的CAN时钟是fRX_节点＝fTX_节点，那么缩短/篡改“phase_seg2+ε”的帧起始位就足以引起问题。使用1Mbit/s和80％的采样点(Sample Point＝SP)，缩短205ns就足以产生问题。稍后，这还根据图7和图8来详细解释。
情况1b：发送方发送ID28-ID25＝“0001”
另一方面，在所发送的帧起始位到达之前，如果接收方例如由于一个显性干扰脉冲检测到位时间中的一个显性位，则以ID28-ID25＝“0001”开始的标识符可能被篡改为ID28-ID25＝“0000”。其原因在于，接收方将发送方所发送的帧起始位识别为ID28。因此接收方将“1”错误解释为填充位并且将其移除。因此将前四个标识符位篡改为ID28-ID25＝“0000”。所有后续的标识符位均被正确接收。
表1概括示出了标识符位ID28至ID25“0000”和“0001”的两个关键值在至接收方的途中如何必定被篡改，以便接收方的CRC无法识别错误。
Figure BPA0000239287650000031
表1
如果四个或者五个显性位的序列在某个帧之内在CRC生成器寄存器的所有位均为零的位置处开始，则同样的问题也可能在CAN FD帧之内出现。换句话说，如果接收方由于位缩短或者由于参与方间同步过程中的移位而将所发送的四个显性位的序列后面的一个隐性位错误解释为填充位，并且同时中间CRC 寄存器值碰巧等于“0…0”，那么类似的问题也可能在CAN FD帧之内出现。中间CRC寄存器值是CRC校验和的分别在为此设置的CRC寄存器中存在的值。根据分别使用的CRC多项式的规定，利用发送方或接收方中的每个在 CRC字段前面发送或接收的位来重新计算CRC寄存器的内容。然后，发送方在帧的CRC字段中将数据字段最后一位处存在的寄存器内容发送给接收方进行校验。
不涉及传统的CAN帧，因为在那里CRC计算不包括填充位。
专利申请DE102011080476A1公开了一种方法，其中发送方至少在帧的部分中将一个或多个位构成的固定填充位序列插入到帧之中。固定填充位序列的第一插入位(或者单个插入的固定填充位)优选地具有与前一个位相反的值。固定填充位序列(或者固定填充位)在帧的预先给定的位置上出现。与此相对，在传统的CAN中根据之前多个位的值插入填充位，并且因此填充位没有固定的位置。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种通过总线系统从发送方将帧串行传输到至少一个接收方的方法以及用于总线系统的参与方站，所述方法和参与方站解决之前所述的问题。尤其应该提供一种通过总线系统从发送方将帧串行传输到至少一个接收方的方法以及用于总线系统的参与方站，在所述方法和参与方站的情况下与以往的方法相比进一步提高总线系统的参与方之间的数据传输的可靠性。
通过具有权利要求1的特征的一种通过总线线路从发送方将帧串行传输到至少一个接收方的方法来解决该任务。在所述方法中，发送方为了产生附加的信号边沿并且根据之前多个位的值将填充位插入到帧之中，其中帧的发送方计数根据之前多个位的值插入的填充位，并且其中在所发送的帧中一并传输关于计数的填充位的数量的信息。利用该方法提供以下可能性：如何能够识别出现位错，如现有技术中所描述的、因此不能被CRC校验过程揭露的位错。
在所述方法中，在CAN FD实现中计数填充位，在帧中传输计数器读数，并且接着由接收方进行校验。
该方法的优点在于，通过一种附加的校验方法弥补CRC过程的所识别的弱点。与其它解决方案建议不同，该方法对有效数据率只有最小的影响。
所述方法的使用一方面可以通过CAN协议控制器的数据表/手册予以证实，另一方面可通过网络或总线系统中的控制器或通信控制装置的行为予以证实。这里所述的CAN FD协议变型应该被用于CAN和TTCAN网络。
在从属权利要求中说明方法的其它有利设计方案。
除了关于计数的填充位的数量的信息之外，在所发送的帧中还可以一并传输关于填充位计数数量的另一个保护信息。
帧的接收方可以根据之前多个位的值来计数填充位并且与在所发送的帧中一并传输的关于计数的填充位的数量的信息进行比较，并且如果接收方在接收的帧中计数的填充位不同于在发送的帧中一并传输的关于计数的填充位的数量的信息，则接收方就可以丢弃接收的帧。
优选地，在帧的第一部分中根据之前多个位的值插入填充位，其中在帧的第二部分中可以在固定位置上插入填充位作为固定填充位，其中帧的发送方对切换到固定填充位方法的区域前面的填充位进行计数，并且其中在发送的帧中一并传输关于计数的填充位的数量的信息。
帧可以具有头部、数据部分和尾部，其中所述头部包括标识符，其中所述帧包括CRC校验和，并且其中在CRC校验和之前在发送的帧的尾部中一并传输关于计数的填充位的数量的信息。
优选地，CRC校验和的计算一并包括关于计数的填充位的数量的信息。
在方法的一种特殊设计方案中，可以在关于计数的填充位的数量的信息与 CRC校验和之间插入一个固定填充位，该固定填充位包含关于计数的填充位的数量的保护信息作为奇偶校验位。
在方法的另一种特殊设计方案中，使用3位计数器来计数填充位。
还通过根据权利要求9的用于总线系统的参与方站来解决上述任务。参与方站包括：用来将帧发送给总线系统的另一个参与方站和/或者从总线系统的另一个参与方站接收帧的发送/接收装置，利用该总线系统能够通过总线线路借助串行传输从发送方将帧传输到至少一个接收方；和用来保护插入在帧中的填充位的数量的保护装置；其中所述发送/接收装置被设计用于在发送帧之前为了产生附加的信号边沿并且根据之前多个位的值将填充位按照预先确定的规则插入到帧之中，并且/或者在分析接收的帧的时候重新移去填充位，并且其中所述保护装置被设计用于对根据之前多个位的值插入的填充位进行计数并且将关于计数的填充位的数量的信息插入到帧中，使得在发送的帧中一并传输该信息。
参与方站可以是总线系统的一部分，该总线系统还具有总线线路和至少两个参与方站，所述参与方站可以通过总线线路相互连接，使得其能够相互通信，其中所述至少两个参与方站中的至少一个是之前所述的参与方站。
本发明的其它可能的实现也包括之前或者以下参照实施例描述的特征或者实施方式的没有明确提及的组合。在此，专业人士也将单个方面作为改进或补充添加至本发明的相应基本形式。
附图说明
以下参考附图并且根据实施例对本发明进行详细描述。其中：
图1示出根据第一实施例的总线系统的简化电路框图；
图2示出在根据图1的总线系统中的帧结构的示意图；
图3至图6分别示出CANFD帧的格式，具有根据ISO 11898-1的当前委员会草案的前四个标识符位(ID28-ID25)的放置；
图7和图8分别示出用于表示根据图1的总线系统中开始传输帧的时候发送方与接收方之间的脉冲占空比的时序图；
图9示出根据第一实施例的帧的示例；
图10示出用于表示总线系统中某个传输的帧内部的发送方与接收方之间的脉冲占空比的时序图；
图11示出根据第四实施例的帧的示例；以及
图12示出根据第五实施例的帧的示例。
如果没有另作说明，在图中相同或功能相同的元件配备有相同的附图标记。
具体实施方式
第一实施例
图1以第一实施例示出总线系统1，该总线系统例如可以是CAN FD总线系统。总线系统1可以应用于运输工具、尤其是机动车、飞机等等，或者应用于医院等等。
在图1中，总线系统1具有总线线路3，多个参与方站10、20、30连接到该总线线路上。可以通过总线线路3在各个参与方站10、20、30之间传输信号形式的帧40。参与方站10、20、30例如可以是机动车的控制设备、传感器、显示装置等等，或者也可以是工业控制设备。
如图1中所示，参与方站10具有通信控制装置11、保护装置12以及具有CRC生成器13A的发送/接收装置13。保护装置12当然也可以是通信控制装置11的一部分。而参与方站20具有通信控制装置21、具有CRC分析单元22A和插入单元22B的保护装置22、以及具有CRC生成器23A的发送/接收装置23。参与方站30具有通信控制装置31、保护装置32、以及具有保护装置32和CRC生成器33A的发送/接收装置33。参与方站10、20、30 的发送/接收装置13、23、33分别直接连接到总线线路3上，即使这在图1中没有绘出。
通信控制装置11、21、31分别用来控制相应的参与方站10、20、30通过总线线路3与连接到总线线路3上的参与方站10、20、30中的另一个参与方站进行通信。通信控制装置11、21、31可以分别如传统的CAN或TTCAN或者CANFD控制器那样实施。也可以将通信控制装置11、21、31分别构造为同样由相应的参与方站10、20、30包括的微控制器的一部分。发送/接收装置 13、23、33可以分别如传统的CAN或TTCAN或者CAN FD收发器那样实施。
也可以将保护装置12、22、32实施为软件模块，所述软件模块构成在参与方站上运行的软件的一部分。在这种情况下，完全以软件描绘根据本发明的方法。
图2十分示意地示出没有帧起始位(SOF)的帧40的结构，该帧起始位通过总线线路3直接在帧40前面传输。帧40可以是CAN帧或者TTCAN 帧。
在图2中，帧40具有头部41、41A、42，数据字段43、44、45以及形成帧尾的尾部46。头部41、51A、42在第一子区段41中具有标识符(ID)41、 41A的前四位，在第二子区段41A中具有标识符41、41A的其余位，以及具有一个控制字段42。数据字段43、44、45在第一部分43中具有字节0，在第二部分44中具有其它字节，并且在第三部分45中具有字节n。在尾部46 设置有CRC-校验和或者CRC校验和。
图3示出由参与方站10、20、30之一发送的帧60，其具有CANFD基本格式的高达16个的数据字节。帧60具有帧起始位(SOF位)61以及多个帧字段，如仲裁字段62(Arbitrationfield)、控制字段63(Control field)、数据字段64(Data field)和校验和字段65(CRCfield)。仲裁字段62在base-ID字段中包括帧60的标识符(Identifier)。将RRS位布置在仲裁字段62的末尾。控制字段63始于IDE位，随后是FDF位，并且然后是res位和紧随其后的BRS位，并且然后是ESI位，接着是DLC字段。如果控制字段63的DLC字段具有值0，则数据字段64不存在。校验和字段65在CRC-seq字段中包含 CRC校验和，并且终止于随后的CRC定界符CRC-Del。上述字段和位从 ISO-CD-11898-1中已知，并且因此这里没有详细描述。
在图3中说明本实施例中的仲裁阶段67的长度。如果帧60中的BRS 位是隐性的，那么紧随仲裁阶段67之后是数据阶段68。帧60具有头部61 至63、数据部分64和尾部65。
在图3至图6中，利用帧60的底边上宽的线条表示显性位。在图3至图 6中，利用帧60的顶边上宽的线条表示隐性位。
如图3中所示，发送方的所属通信控制装置11、21、31已经创建了帧60，使得帧起始位(SOF位)、RRS位、IDE位和res位是显性的，而FDF位和 CRC定界符CRC-Del是隐性的。
图4示出由参与方站10、20、30之一发送的帧600，其具有CANFD基本格式的大于16个的数据字节。帧600除了与数据字段64相比更长的数据字段640以及与校验和字段65相比更长的校验和字段650之外，以与图3 的帧60相同的方式构造。帧600具有头部61至63、数据部分640和尾部 650。
图5示出由参与方站10、20、30之一发送的帧70，其具有CANFD扩展格式(CAN FDextended format)的高达16个的数据字节。按照图5，帧70 具有帧起始位(SOF位)71以及多个帧字段，如仲裁字段72(Arbitration field)、控制字段73(Control field)、数据字段74(Data field)和校验和字段75(CRC field)。仲裁字段72在base-ID字段和ID-ext字段中包括帧70的标识符 (Identifier)。在base-ID字段和ID-ext字段之间设置有SRR位和IDE位。将 RRS位布置在仲裁字段72的末尾。控制字段73始于FDF位，随后是res 位。随后是BRS位和ESI位。控制字段73终止于DLC字段。如果控制字段73的DLC字段具有值0，则数据字段74不存在。在其它方面，帧70以与图3的帧60相同的方式构造，并且具有相应的仲裁阶段77和数据阶段 78。帧70具有头部71至73、数据部分74和尾部75。
如图5中所示，发送方的所属通信控制装置11、21、31已经创建了帧70，使得帧起始位(SOF位)、RRS位和res位是显性的，而SRR位、IDE位和 CRC定界符CRC-Del是隐性的。
图6示出由参与方站10、20、30之一发送的帧700，其具有CANFD扩展格式(CANFDextended format)的大于16个的数据字节。帧700除了与数据字段74相比更长的数据字段740以及与校验和字段75相比更长的校验和字段750之外，以与图5的帧70相同的方式构造。帧700具有头部71至 73、数据部分740和尾部750。
针对图3和图4中所示的基本格式的CAN FD帧60、600，CRC校验和称作CRC-17。针对图5和图6中所示的扩展格式的CAN FD帧70、700， CRC校验和称作CRC-21。
作为示例，图7示出参与方站10的发送信号TX-10、参与方站20的接收信号RX-20和参与方站20的采样视点V-20分别随时间t的变化过程。图 7中的虚线分别说明各个位之间的位边界50。为了清晰起见，对于接收信号 RX-20和采样视点V-20，并非位边界50的所有虚线都配备附图标记。
在图7中所示的情况是在发送信号TX-10以帧起始位(SOF位)开始之前首先在总线线路3上发送一个空闲位51。随后是电平与帧起始位相同的位2 至位5，在位5后面插入一个填充位52。
因此以没有绘出的、由于通过总线线路3传输发送信号TX-10而出现的延时产生对应于发送信号TX-10的接收信号RX-20。该接收信号RX-20可能由于不同的原因(硬件误差、外部干扰、电磁辐射等等)在持续时间T内具有隐性电平，尽管发送信号具有帧起始位(SOF位)的显性电平。在这样篡改的接收信号RX-20中还可能存在短的显性干扰脉冲GD，所述干扰脉冲继续篡改总线信号35，如图7中所示。这样的干扰脉冲GD例如同样可能由于外部干扰、尤其电磁辐射等等而出现，并且可能无法通过进行接收的参与方站、这里即参与方站20检测到，例如当这些干扰脉冲短于一个时间量tq的最小总线时间单位的时候。接收信号RX-20保持篡改状态。
参与方站20由于被篡改的接收信号RX-20而看见信号V-20。在帧起始位的位边界50后面是配备有附图标记54的sync_seg阶段。随后是传输阶段 prop_seg，其在图7中配备有附图标记55。随后是配备有附图标记56的 phase_seg1以及配备有附图标记57的phase_seg2。所述阶段54至57的顺序对于每个位来说均相同。
参与方站20在采样点SP1、SP2、SP3、SP4、SP5对接收信号RX-20进行采样。采样点SP1至SP5处在配备有附图标记56的phase_seg1和配备有附图标记57的phase_seg2之间。
在图7中所示的情况中，参与方站10、20、30(也称作节点)中的CAN 时钟是fRX_节点＝fTX_节点。也就是说，接收时钟对应于发送时钟。这里，缩短/篡改“phase_seg2+ε”的帧起始位(SOF)足以引起这里所关注的问题。第五采样点SP5在所示的情况下错误地产生隐性值。使用1Mbit/s并且对于采样点SP1、SP2、SP3、SP4、SP5使用80％的采样点SP(SP＝SamplePoint)，缩短205ns就足以如前所述产生这里所关注的问题。
图8中所示的情况是在发送信号TX-10以显性帧起始位(SOF位)开始之前首先在总线线路3上依次发送两个空闲位51。随后是电平与帧起始位相同的位2至位4。紧随位4之后的位52隐性地发送并且因此具有与之前的位不同的电平。
因此在图8中产生对应于发送信号TX-10的接收信号RX-20。该接收信号RX-20可能由于不同的原因(硬件误差、外部干扰、电磁辐射等等)在持续时间T内(在图8中灰色阴影部分)具有显性电平，尽管发送信号具有空闲位的隐性电平。在这样篡改的接收信号RX-20中还可能存在短的隐性干扰脉冲 GR，所述干扰脉冲继续篡改总线信号36，如图8中所示。这样的干扰脉冲GR 例如也可能由于外部干扰、尤其电磁辐射等等而出现，并且可能无法通过进行接收的参与方站、这里即参与方站20检测到，例如当这些干扰脉冲短于一个时间量tq的最小总线时间单位的时候。接收信号RX-20保持篡改状态。
参与方站20由于被篡改的接收信号RX-20而看见信号V-20。在两个空闲位51之间的位边界50后面是配备有附图标记54的sync_seg阶段。随后是传输阶段prop_seg，其在图8中也配备有附图标记55。随后是配备有附图标记56的phase_seg1以及配备有附图标记57的phase_seg2。所述阶段54 至57的顺序对于每个位来说均相同。
参与方站20在这里也在采样点SP1、SP2、SP3、SP4、SP5对接收信号 RX-20进行采样。采样点SP1至SP5处在配备有附图标记56的phase_seg1 和配备有附图标记57的phase_seg2之间。
在图8中所示的情况中，参与方站10、20、30(也称作节点)中的CAN 时钟是fRX_节点＝fTX_节点。也就是说，接收时钟对应于发送时钟。这里，缩短/篡改“phase_seg2+ε”的显性帧起始位(SOF)前面的两个空闲位51足以引起这里所关注的问题。第五采样点SP5在所示的情况下错误地产生显性值。使用1Mbit/s并且对于采样点SP1、SP2、SP3、SP4、SP5使用80％的采样点SP(SP＝Sample Point)，缩短205ns又足以如前所述产生这里所关注的问题。
作为本发明的第一实施例，图9示出CAN FD帧6000，其在布置于校验和字段65开始处的SC字段中具有三个位宽度的填充计数值。与根据图3的传统的CAN FD格式相比，在帧6000中因此在CRC字段中插入了三个填充计数位。没有绘出填充位。
因此，在本实施例中，为了解决以上针对CRC-17和CRC-21描述的问题， CAN FD帧的发送方和接收方利用其保护装置12、22、32计数位于以下区域之前的填充位52、即CRC字段或校验和字段65前面的填充位52，在该区域中切换到固定填充位方法。在发送的帧6000中在SC字段中一并传输计数器读数，如图9中所示。接收方将收到的字段SC的计数器读数与其本身计数的填充位52数量进行比较。不一并计数固定填充位。如果计数器读数不同，那么这如CRC错误那样进行处理，即使真正的CRC计算没有示出错误。
因为仅仅应该保证汉明距离为6，即必须识别5个错误，所以在保护装置 12、22、32中使用3位计数器。SC字段中传输的计数器读数因此示出填充位的数量模除8。因此应该需要至少8个错误，以便不将所述3位计数器读数 (Stuff Count/填充计数)识别为无效的。在CRC分析单元22A中可以包括保护装置22的3位计数器。当然也可以使用4位计数器等等。
按照附图9，为了在帧6000中传输保护装置12、22、32的3位计数器的填充计数值或计数器读数，CRC校验和字段65在其开始处延长了三个位。这同样地不仅适用于具有17-CRC多项式的帧60、70，而且适用于具有21位多项式的帧600、700。
因为通过SC字段的三个附加的位也生成另一个固定填充位，所以CAN FD帧6000也通过该方法延长了4个位，与填充位52的数量、DLC字段或者标识符的长度无关。
CAN FD帧6000中的填充计数或者填充计数值一并包括在CRC计算之中，即与数据位一样对其进行处理。
如果与现有技术中所述的一样CRC计算无法发现特殊的位错，则该错误导致接收方在计数填充位52的时候得出另一种结果，然后通过比较填充计数、即比较接收方计数的填充位52和SC字段中说明的填充位52的数量，就识别该错误，帧6000被接收方作为无效的而丢弃。
替代地，替代仅仅计数填充位52，也可以计数帧6000中的所有位，也可替代地使用宽度大于三个位的计数器读数。在该方法中与CRC错误一样处理填充位计数错误，即在ACK间隙之后才发送错误帧(Error-Frame)。替代地，接收方也可以在接收SC字段的最后一位之后已经进行比较并且发送错误帧。
按照第二实施例，为了解决之前针对CRC-17和CRC-21所述的问题，可以使用初始化向量“1…0”替代“0…0”作为CRC生成器13A、23A、33A的初始化向量。可以使用保护装置12、22、32，在尤其是具有CRC分析单元22A和插入单元22B的保护装置22中进行初始化。由此关于标识符位ID28至ID25 “0000”和“0001”的两个关键值的问题能够不再出现。
对于篡改的位序列“00000”被错误检测的问题，如果其始于中间CRC寄存器值等于“0…0”的时候，该问题可能出现在SOF 61(帧起始)和发送的CRC校验和或者CRC-校验和之间的任意一个位的位置处，使用初始化向量“1…0”就不会出现针对前18个发送的位的为“0…0”的中间CRC寄存器值。
在第二实施例中，在其它方面，总线系统1以与第一实施例中所述的相同的方式构造。
在第三实施例中，总线系统1以与第一实施例中所述的相同的方式构造。然而，区别在于在第三实施例中根据图10关注以下两个问题。
如果在第一种情况下中间CRC寄存器值等于“0…0”，在发送一个“0”的填充序列并且这些“0”位的第一个由于同步而被缩短的过程中，这通过总线上的噪声引起，则接收方可能将位序列“000001”(“1”在这里表示发送的填充位)失真地采样为“00001”，如图10中所示。缩短或篡改可能又具有所提到的原因(硬件故障、外部干扰、电磁辐射等等)。显性的干扰脉冲GD也能够附加地干扰影响同步。这里也要注意由于总线传输时间而始终存在的信号移位58。也就是说，可能仅对四个“0”位采样而不是五个。无法通过CRC计算检测该错误。在图10中，除了类似于图7和图8的信号变化TX-10、RX-20、V-20之外还示出相当于参与方站10的视角的信号变化T10。按照图10，在一个隐性位或者空闲位52之后发送五个显性位的序列，也就是位1至位5。然后插入填充位 52。
如果由于时钟公差而位时间RX_节点＞位时间TX_节点 (BitTimeRX_node＞BitTimeTX_node)适用，就能够出现图10的情况，其中所述节点表示作为发送方或者接收方的参与方站10、20、30之一。
代替修正相位误差，噪声导致不修正相位误差，或者甚至朝向错误方向修正。
如果在第二种情况下中间CRC寄存器值等于“0…0”，在传输未填充的序列“00001”并且这些“0”位的第一个由于同步而延长的过程中，这又通过总线上的噪声引起，则接收方可能将位序列“00001”失真地采样为“000001”(“1”在这里表示发送的填充位)。这意味着对五个而不是四个“0”位采样。将该序列中的“1”解释为填充“1”并且移去。无法通过CRC计算检测插入。
如果由于时钟公差而位时间RX_节点＞位时间TX_节点(BitTimeRX_node ＜BitTimeTX_node)适用，就能够出现该情况并且仅当采样点位置提前的时候才会出现。这也从图10中可看出。
由于以下原因，相反的情况(接收“11111”位序列)则没有问题。进入的“1”可能在CRC中变为(0…0)。后续的“1”造成不同于(0…0)、用于多于17个位的 CRC。仅当CRC值在该“1”序列期间没有变化的时候才可能出现问题。然而，这不是该情况。
作为之前提及的问题的解决方案，可以按照以下可以替代地或者以任意组合使用的方案操作保护装置12、22、32。
a)与传统的CAN一样将填充位从CRC计算中去掉。
b)要么在整个帧中使用固定的填充位，要么以FDF位位置开始，这与传统的CAN帧兼容。
c)在计算时将一个附加虚拟位插入到CRC校验和之中。
然而这不解决问题，因为在特殊情况下使得汉明距离降低到1。如果CRC 寄存器达到FD帧中的值“0…0”，则在附加分析CRC机制时将一个“1”插入到 CRC逻辑之中。这在分析下一个接收/发送的位之前进行。可以将插入的“1”视作只针对CRC逻辑可见的虚拟填充位，在分析下一个接收/发送的位之前改变 CRC寄存器中的关键值“0…0”。
d)在帧之内发送第二CRC序列。
e)在帧之内发送填充位52的数量(外伸量少于方案b)或者d))。之前已将该方案的实施例作为第一实施例进行了描述。以下实现其它实施例。
在一种形式方案中，为处理问题，如下采用一种错误模型。
·错误类型A：位翻转(Bit Flip)或位变换。CRC计算是一种用来检测这样的错误的有效方法，并且提供所希望的汉明距离(HD-Level)。
·错误类型B(之前提及的问题)：与填充位52相结合缩短或者延长位序列。这不如之前所述那样导致帧长错误。每个帧60、70、600、700、6000可以多次进行缩短或者延长。在一个帧60、70、600、700、6000之内要么可以缩短、要么可以延长，其通过发送方与接收方脉冲占空比之间的关系来确定。为了检测这种错误类型，接收方必须知道帧长，包括填充位52的数量。
对此要注意，如果将准确针对相同数量的位(帧长)的CRC算法应用于发送方和接收方侧，则CRC结果是可靠的。否则，即如果在接收方中将更少或者更多的位应用于CRC算法，则必须将这视作已损坏。
对于用于揭露错误类型A/B的以下措施，目前的(2014.09.11)ISO CD 11898-1是起点。与传统的CAN相比应该改善了CAN FD数据完整性的鲁棒性。
使用固定的填充位(参见更上面的方案b))导致由接收方预期的已知数量的位。帧长是不可变的。这是一种简单的解决方案，然而导致较高的外伸量，由此净比特率与目前的ISO CD 11898-1相比下降大约10％。
按照第四实施例，在关于上面关注的问题的另一种解决方案变型中，在帧 6000中还包括关于填充位52的数量的信息(填充位计数器，Stuff-Bit-Count， SC)，如图9中所示，并且参考第一实施例进行描述。也可以将所述信息称作长度信息。
从传统的CAN填充方法切换到有规律固定的填充位的固定填充位方法之后，就可以发送填充位计数器。否则，在填充位计数器中不能一并计数插入到所发送的填充位计数序列中的填充位。
除此之外，在当前第四实施例中，还对长度信息、即关于帧6000中的填充位52的数量的信息进行可靠性监控。
即如果在帧中出现了错误类型B，则CRC校验和已损坏。如果在同一个帧中错误类型A篡改保护装置12、22、32的填充位计数读数，则接收方不能检测到被篡改的帧。
这使得以下是必需的，即附加地监控所发送的长度信息的可靠性(填充位计数值模除8)。
因此，按照图11，在帧6001中将一个奇偶校验位作为保护信息附加在SC 字段上，使得也在校验和字段65前面传输奇偶校验位。奇偶校验位实际上是始终插入的固定填充位。保护装置12、22、32根据CRC校验和是否损坏来改变奇偶校验位。由此，即使同时出现错误类型A和B，也能可靠识别损坏的帧6001。
按照第五实施例，在另一种解决方案变型中，计算其它信息，即针对填充位计数器的内容的单独的CRC校验和，并且例如对于作为位SCRC8至 SCRC0的9位CRC被包括到帧6002之中作为保护信息，如图12中所示。具有9位的可能的CRC校验和是具有生成器多项式x8+x5+x4+x3+1的已知DARC-8CRC。也可以使用保护程度略低一些的5位CRC校验和(HammingDistance HD)。在位SCRC8至SCRC0中包含关于帧6002中填充位计数值的校验和的借助生成器多项式确定的值。以这种方式也可以例如在同时出现错误类型A和B的时候可靠识别损坏的帧6002。
以下表格3概览性地示出之前所述的不同解决方案。CRC字段的总长度由CRC的长度、填充位计数器的长度、附加保护信息的长度、以及所插入的固定填充位的数量得出。“SC”表示填充位计数或者填充位计数器，“f.s.”表示固定填充位。
Figure BPA0000239287650000151
Figure BPA0000239287650000161
表3
在这种情况下，表3中的1号解决方案相当于第一实施例。表3中的2 号解决方案相当于第四实施例。表3中的3号解决方案相当于具有5位CRC 的第五实施例的一种变型。表3中的4号解决方案相当于具有9位CRC的第五实施例的另一种变型。
总线系统1、参与方站10、20、30和方法的上述所有设计方案均可以单独或者以所有可能的组合使用。特别是，上述实施例的所有特征可以任意组合或者省略。尤其还可以设想以下修改方案。
根据基于CAN FD协议的总线系统对根据实施例的上述总线系统1进行描述。然而，根据实施例的总线系统1也可以是其它类型的通信网络。在总线系统1中至少在确定时段保证一个参与方站10、20、30独占、无冲突访问共同的信道，是有利的、但并非强制性前提条件。
实施例及其修改方案的总线系统1中参与方站10至30的数量和布置是任意的。在总线系统1中尤其也可以仅仅存在参与方站10或20或者30。可以在总线系统1中任意组合参与方站10至30。
也可以在所属的通信控制装置11、21、31中分别设置保护装置12、22、 32替代图1中针对所述保护装置示出的实施方案。替代于或附加于参与方站 10、20、30，一个或者多个这样的参与方站可以与参与方站10、20、30任意组合地存在于总线系统1中。

Claims (10)

1.通过总线线路（3）从发送方将帧（6000; 6001; 6002）串行传输到至少一个接收方的方法，其中所述发送方为了产生附加的信号边沿并且根据之前多个位的值将填充位（52）插入到所述帧（6000; 6001; 6002）之中，
其中所述帧（6000; 6001; 6002）的发送方计数根据之前多个位的值插入的填充位（52），并且其中在发送的帧（6000; 6001; 6002）中一并传输关于计数的填充位（52）的数量的信息。
2.根据权利要求 1 所述的方法，
其中除了关于计数的填充位（52）的数量的信息之外，在发送的帧（6000; 6001; 6002）中还一并传输关于填充位（52）的计数数量的另一个保护信息。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中所述帧（6000; 6001; 6002）的接收方根据之前多个位的值计数填充位（52）并且与发送的帧（6000; 6001; 6002）中一并传输的关于计数的填充位（52）数量的信息进行比较，并且
其中如果所述接收方在接收的帧（6000; 6001; 6002）中计数的填充位（52）不同于发送的帧（6000; 6001; 6002）中一并传输的关于计数的填充位（52）数量的信息，则所述接收方丢弃所接收的帧（6000; 6001; 6002）。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，
其中根据之前多个位的值在所述帧（6000; 6001; 6002）的第一部分中插入填充位（52），
其中在所述帧（6000; 6001; 6002）的第二部分中在固定位置上插入填充位（52）作为固定填充位，
其中所述帧（6000; 6001; 6002）的发送方对切换到固定填充位方法的区域前面的填充位（52）进行计数，并且
其中在发送的帧（6000; 6001; 6002）中一并传输关于计数的填充位（52）的数量的信息。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，
其中所述帧（6000; 6001; 6002）具有头部（61, 62, 63）、数据部分（64）和尾部（65），
其中所述头部（61, 62, 63）包括标识符（62），
其中所述帧（6000, 6001, 6002）包括 CRC 校验和（65），并且
其中在发送的帧（6000; 6001; 6002）的尾部（65）中在所述CRC 校验和前面一并传输关于计数的填充位（62）的数量的信息。
6.根据权利要求 5 所述的方法，
其中关于计数的填充位（52）的数量的信息一并包括到所述CRC 校验和的计算中。
7.根据权利要求 5 所述的方法，
其中在关于计数的填充位（52）的数量的信息与所述CRC 校验和之间插入一个固定填充位，该固定填充位包含关于计数的填充位（52）数量的保护信息作为奇偶校验位。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，
其中使用 3 位计数器来计数填充位。
9.用于总线系统（1）的参与方站（10; 20; 30），具有：
用于将帧（6000; 6001; 6002）发送给所述总线系统（1）的另一个参与方站和/或者从所述总线系统（1）的另一个参与方站接收帧（6000; 6001; 6002）的发送/接收装置（13;23; 33），利用所述总线系统能够通过总线线路（3）借助串行传输从发送方将所述帧（6000;6001; 6002）传输到至少一个接收方，以及
用来保护插入到所述帧（6000; 6001; 6002）中的填充位（52）的数量的保护装置（12;22; 32），
其中所述发送/接收装置（13; 23; 33）被设计用于在发送帧（6000; 6001; 6002）之前为了产生附加的信号边沿并且根据之前多个位的值将填充位（52）根据预先确定的规则插入到所述帧（6000; 6001; 6002）之中，并且/或者在分析接收的帧（6000; 6001; 6002）的时候重新移去填充位（52），以及
其中所述保护装置（12; 22; 32）被设计用来计数根据之前多个位的值插入的填充位（52），并且将关于计数的填充位（52）的数量的信息插入到所述帧（6000; 6001; 6002）之中，使得在发送的帧（6000; 6001; 6002）中一并传输所述信息。
10.总线系统（1），具有
总线线路 (3)，和
至少两个参与方站 (10；20；30)，所述参与方站能够通过所述总线线路 (3) 相互连接，使得它们能够相互通信，
其中所述至少两个参与方站（10, 20, 30）中的至少一个是权利要求 9 所述的参与方站（10; 20; 30）。
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